Atmel AVR单片机的天然气发动机电控系统设计

　　1 燃料供给系统

　　对原机的改造主要是燃料供应及喷射系统的改造，用一套完整的天然气供给系统和电控系统来实现改造目的。所使用的天然气是由高压气瓶(CNG)提供的压缩天然气，出口压力达到20 MPa。图1所示为供气系统示意图。该设计实现了高压天然气的可靠存储和压力转换，并可对供气压力进行实时监测。

　　

 

　　2 电控单元

　　电控单元选用Atmel公司的AVR单片机，利用单片机C语言进行程序开发，并且采用了多片式ECU设计。

　　(1)多片式ECL

　　多片式ECU是指在一个电控单元ECU中使用多个单片机(MCU)。各个MCU分别承担不同的工作内容。图2所示为多片式ECU的结构简图。考虑到控制系统的性能和特点，对3个MCU的任务做出如下分配：一个MCU专门负责点火，根据主MCU计算的数据和实际发动机运行情况，精确控制点火时刻和点火线圈的闭合时间，实现发动机电子点火。另一个MCU专门负责燃气喷射，根据主MCU计算的数据和实际发动机运行情况，精确控制燃气喷射时刻和喷射量，实现发动机电控燃气喷射。主MCU主要接收各种传感器采集的数据并进行计算，同时进行发动机的怠速控制和与监控系统进行实时通信，在怠速过程中完成对进空气量的准确控制，从而保证发动机转速的稳定，同时负责外界与发动机之间的通信，实时地了解发动机当前的状态，为下一步发动机控制提供良好的信息反馈。另外，分别将点火和喷射数据传输给点火和燃气喷射的MCU，同时提供额外的控制功能。

　　

 

　　作为发动机ECU的核心部分，3个MCU必须采用功能强和运算速度高的单片机。针对本系统，采用3个At-mel公司AVR系列单片机组成多片式ECU控制系统，它们分别针对不同的对象各自分担任务。如上所述，其中两个ATmega8单片机，一个用于控制发动机的电子点火，一个作为ECU主控单片机;另外一个ATmega128单片机控制发动机的燃料喷射量。

　　考虑到控制系统需要以及单片机的性能特点，在多片式ECU中采用了两个ATmega8单片机，其中用于控制发动机电子点火的MCU引脚图及其附属电路如图3所示。

　　

 

　　另一个作为ECU主控单片机，同时进行发动机的怠速和ECU与监控软件的串口通信控制，引脚图及其附属电路如图4所示。

　　

 

　　另外考虑到燃气喷射的复杂性，选用了AVR家族另一款存储空间大、引脚多、性价比高的ATmega128单片机来控制发动机的燃料喷射。图5为用于喷气控制的AT-mega128单片机引脚图及其附属电路。